隨我國科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)制造能力得以提升，其中應(yīng)用廣泛的換刀裝置為刀庫式換刀裝置，該裝置以自動換刀為基本模式，通過設(shè)計換刀程序，提高刀庫自動換刀效率，能依據(jù)生產(chǎn)制造需求自行換刀，落實自動化換刀及數(shù)控機(jī)床操作目標(biāo)，達(dá)到提高生產(chǎn)制造效率，節(jié)約機(jī)床生產(chǎn)制造時間的目的。臥式數(shù)控鏜銑床自動換刀程序相對較為復(fù)雜，其換刀前提是將全部刀具納入該裝置中，通過調(diào)節(jié)尺寸，使刀庫安裝科學(xué)合理，繼而削減非切削時間，提高數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)效率。基于此，為使臥式數(shù)控鏜銑床自動換刀更為科學(xué)高效，分析其裝置設(shè)計方略顯得尤為重要。

1 概述自動換刀裝置 在數(shù)控機(jī)床內(nèi)工件、刀具二者相對運動產(chǎn)生工作表面，為使數(shù)控機(jī)床運行高效、穩(wěn)定，需在刀庫內(nèi)安裝足夠多的刀具，用以滿足數(shù)控機(jī)床運行需求，避免換刀程序過于復(fù)雜或換刀時間過長，降低數(shù)控機(jī)床加工效率，為此需依據(jù)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)加工切實需求，裝置自動換刀系統(tǒng)，滿足各個工件表面加工需求，通過靈活調(diào)換刀庫內(nèi)刀具，使數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)制造效率得到保障。

在安裝刀具時刀架位置需精準(zhǔn)合理，刀具選擇需靈活高效，在自行換刀時，需保障進(jìn)行交換的若干刀具位置正確，能有效保障其精度，使處于刀庫內(nèi)刀具位置精準(zhǔn)、穩(wěn)定，為數(shù)控機(jī)床長期使用刀具，提升刀具自動化運行成效。處于刀架上的刀具重量、用途、尺寸均存在極大差異，刀具自動化運行程序較為復(fù)雜，徒增自動化換刀裝置運行壓力，尤其對于有些需承擔(dān)切削力的刀具來講，其在換刀過程中需合理控制其方向，避免刀具在更換過程中出現(xiàn)碰撞、交叉等消極現(xiàn)象，為此機(jī)械手、刀庫均需具有一定穩(wěn)定性及剛度，確保切削過程平穩(wěn)，換刀過程合理高效，達(dá)到提高數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)旨在效率的目的[1]。

2 分析臥式數(shù)控鏜銑床自動換刀裝置設(shè)計方略 通過對自動換刀裝置進(jìn)行分析可知，該裝置具有一定設(shè)計難度，并能有效提高數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)制造效率，為此在當(dāng)前數(shù)控機(jī)床加工體系中，為充分發(fā)揮自動換刀裝置應(yīng)用效用，分析臥式數(shù)控鏜銑床自動換刀裝置設(shè)計方略勢在必行。

（1）機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計。機(jī)械手是控制自動換刀裝置的基礎(chǔ)，只有該環(huán)節(jié)設(shè)計得當(dāng)，技術(shù)人員才能保障自動換刀裝置設(shè)計科學(xué)合理。機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)需能適應(yīng)驅(qū)動力、夾緊力，依據(jù)轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)及驅(qū)動力進(jìn)行設(shè)計，手指張開范圍需達(dá)標(biāo)，并具有一定的開閉程度，使工件抓取得當(dāng)且穩(wěn)固，機(jī)械手需重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、剛度強，使手抓夾精度得到保障。通常情況下，臥式數(shù)控鏜銑床自動換刀裝置所需機(jī)械手結(jié)構(gòu)多為移動型（手指可以做簡單的往復(fù)動作）、回轉(zhuǎn)性（分為連桿杠桿式、滑槽杠桿式兩種）、平面平移型（按照一定凹槽及既定軌跡進(jìn)行移動）。手指夾緊力需依據(jù) FN≥K1K2K3G 來計算，其中K1表示安全系數(shù)（1.2/2.0），K2表示工作情況系數(shù)，受慣性影響，（K2=1+b/a），K3為方位系數(shù)，依據(jù)臥式數(shù)控鏜銑床自動換刀需求，以及工件和手指位置設(shè)計，G 為機(jī)械手抓取工件重力。

機(jī)械手通常情況下由動力源、傳送機(jī)構(gòu)、控制裝置、機(jī)體四個環(huán)節(jié)構(gòu)成，其中本體、小車等元件構(gòu)成機(jī)體，抓緊機(jī)構(gòu)及伸縮手臂為傳送機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件，動力源則由機(jī)械驅(qū)動及液壓驅(qū)動兩種形式構(gòu)成。

為使機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計科學(xué)得當(dāng)，技術(shù)人員需在掌握臥式數(shù)控鏜銑床自動換刀需求基礎(chǔ)上，秉持運動平穩(wěn)、傳動率高、能源預(yù)緊、工作壽命長、同步性能好、定位精準(zhǔn)、可靠性高、不自鎖、經(jīng)濟(jì)性強、成本低等原則進(jìn)行設(shè)計，使數(shù)控機(jī)床運行成效得到保障[2]。

（2）刀庫設(shè)計。刀庫驅(qū)動方式通常情況下分為普通電動機(jī)驅(qū)動、伺服電動機(jī)驅(qū)動、液動機(jī)驅(qū)動等形式，為使刀庫設(shè)計科學(xué)合理，且符合數(shù)控機(jī)床設(shè)計需求，以液動機(jī)驅(qū)動（齒輪式液壓馬達(dá) CBF—F10，其中轉(zhuǎn)速為每分鐘 2500 轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速可得到每分鐘 3000 轉(zhuǎn)，10.8kW 為驅(qū)動功率，10mk/r 為排量）為例，對刀庫設(shè)計進(jìn)行分析，確保刀庫設(shè)計科學(xué)可行。結(jié)合液動機(jī)驅(qū)動條件，能計算出臥式數(shù)控鏜銑床自動換刀裝置轉(zhuǎn)矩 T，其中 T=35.45N·m，刀庫轉(zhuǎn)動軸功率及轉(zhuǎn)速分別為 187.5r/min，750r/min，為使設(shè)計精度得以提升，其圓柱齒輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動之比（nm/i1、nm/i2）中i的取值范圍控制在3—5之間，本次計算取平均值 4。聯(lián)軸器效率為 η=0.99，η=0.995 為滾動軸承效率，齒輪轉(zhuǎn)動效率為 η=0.97。經(jīng)計算各軸轉(zhuǎn)矩分別為 136.14N·m、525.58N·m，依據(jù)公式 dmin=A03計算自動換刀裝置軸最小直徑分別為dmin1=42.65mm，dmin2=39.84mm，經(jīng)計算得出齒輪重要幾何尺寸 為：d1=m，z1=84mm，d2=m，z2=268mm，a=m/2(z1+z2)=176mm，b=φd，d1=58.8mm，經(jīng)計算刀庫設(shè)計強度滿足臥式數(shù)控鏜銑床自動換刀裝置設(shè)計需求[3]。